DE2843692C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Bildübertragungssystem mit Faseroptik und betrifft eine Einrichtung zur dynami­ schen Verbesserung der Abbildungsgüte bei der Bildübertra­ gung durch optische Faserbündel gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Die Bildübertragung durch optische Faserbündel kann durch bei der Herstellung und Handhabung der Faserbündel auftre­ tende Mängel beeinträchtigt sein. Derartige Mängel, wie unterschiedliche Packungsdichte der Fasern infolge von Un­ terschieden der Faserkerndurchmesser und der Manteldicke oder Unterbrechungen von Fasern infolge Bruchs oder Ein­ schlusses von Fremdkörpern, sind in gewissem Umfang unver­ meidbar und führen zu Differenzen zwischen dem am Eintritts­ ende des Faserbündels eingeleiteten und dem am Austritts­ ende austretenden Bilde, insbesondere bei sehr langen oder zusammengesetzten Faserbündeln.

Um diesen Mängeln zu begegnen, ist es bekannt, zur Verbes­ serung der Abbildungsgüte dynamische Verfahren mit Einrich­ tungen anzuwenden, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegeben sind.

Eine solche Einrichtung ist in US-PS 31 10 762 beschrieben. Insbesondere zeigt die Fig. 4 elektromechanische Mittel, welche je eine am Eintritts- und am Austrittsende eines für die Fortleitung von Licht bestimmten optischen Faserbündels angeordnete und in Drehung um die optische Achse des Faser­ bündels versetzbare, gegenüber dieser Achse geneigte plan­ parallele, durchsichtige Platte aufweisen. Diese Platten müssen synchron und phasengleich gedreht werden, wozu bei der bekannten Einrichtung eine durch einen Elektromotor an­ getriebene Welle dient, auf der zwei Zahnritzel angebracht sind, die jeweils in den Zahnkranz an einem Gehäuse ein­ greifen, in welchem jeweils eine der planparallelen Platten gehaltert ist. Eine derart starre und unhandliche Einrich­ tung ist aber, obwohl sie prinzipiell die verlangte Wirkung bietet, an Endoskopen und ähnlichen feinmechanischen In­ strumenten nicht anwendbar.

Entsprechendes gilt für die zum gleichen Zweck in ähnlicher Weise mechanisch synchron bewegten Lichtablenkungsvorrich­ tungen nach US-PS 30 16 785, und die Anordnung nach US-PS 32 17 589 erfordert zwar keine mechanische Verbindung zwischen den rotierenden Glaskeilen an den beiden Enden des optischen Faserbündels, ist aber wegen des hohen Platzbe­ darfs an den Faserbündelenden für wenig belastbare Fiber­ skope ungeeignet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine ver­ besserte, im industriellen und medizinischen Bereich ein­ setzbare Einrichtung zur dynamischen Bildverbesserung bei der Anwendung von faseroptischen Bildübertragungssystemen zu entwickeln; diese Einrichtung muß sehr raumsparend auf­ gebaut sein, geringes Gewicht haben, mit wenigen bewegten Elementen auskommen und dabei sowohl preisgünstig herzu­ stellen als auch sehr betriebssicher sein.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Konstruktion mit den im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.

Dabei wird durch die in einem Magneten gefaßte Planparallel­ platte und die auf das Lichtleitfaserbündel geschobene Ma­ gnetspule der Durchmesser des Fiberskops nicht wesentlich vergrößert, und eine Speisestromzuleitung für die Magnet­ spule läßt sich zusammen mit den Leitungen für die prak­ tisch immer erforderliche Beleuchtung des Arbeitsfeldes führen.

Zweckmäßigerweise hat der die Platte tragende Magnet Ring­ form und ist durch federnde Elemente parallel zu den Licht­ durchtrittsflächen des optischen Faserbündels ausrichtbar.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnun­ gen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1: eine schematische Darstellung der faseropti­ schen Bildübertragungseinrichtung, teilweise im Schnitt;

Fig. 2: eine Draufsicht auf die Einrichtung nach Fig. 1 aus der Ebene und in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau einer faseroptischen Abbildungseinrichtung 10 (Fiberskop), die zum Beispiel bei faseroptischen Endoskopen Anwendung findet. Der Aufbau ei­ nes Fiberskops ist allgemein bekannt und soll daher hier nicht im einzelnen beschrieben werden. Das Fiberskop 10 enthält ein flexibles Bündel 12 von lichtleitenden Fasern 14; die Lichteintrittsfläche ist mit 16, die Lichtaustritts­ fläche mit 18 bezeichnet. Die Flächen 16 und 18 zeigen eine mosaikähnliche Anordnung von Faserenden, und zur Bild­ übertragung stimmen die Mosaikmuster in bekannter Weise geometrisch genau miteinander überein. Vor dem Fiberskop befindliche abzubildende Gegenstände, z. B. das Teil 20, werden durch ein geeignetes Objektiv 22 auf die Lichtein­ trittsfläche 16 abgebildet, und die Bildelemente werden durch totale Reflexion an den Innenflächen der Fasern des Bündels 12 an die entsprechende Stelle der Lichtaustrittsfläche 18 geleitet, auf der sie mit Hilfe von Okularlinsen 24 von dem Auge 26 betrachtet oder auch photographiert werden können.

Um eine Verbesserung des auf der Fläche 18 entworfenen Bil­ des zu erzielen, das aus den einleitend angeführten Gründen fehlerhaft sein kann, sind bewegliche Einrichtungen vorge­ sehen, deren wesentliche Bestandteile eine planparallele, durchsichtige Platte, ein sie haltender Permanentmagnet und eine wechselstromgespeiste Magnetspule an jedem der beiden Fiberskopenden sind. An dem Lichteintrittsende des Fiberskops 10 ist eine wechselstromgespeiste Magnetspule 28 koaxial über das Faserbündel 12 in unmittelbarer Nähe der Fläche 16 geschoben; die Magnetspule 28 kann dort festge­ klebt oder auf andere Weise befestigt sein. Vor der Fläche 16 und der Magnetspule 28 befindet sich ein ringförmiger Permanentmagnet 30, der um eine Achse 32 schwenkbar ist, die senkrecht zu der Achse 34 des Faserbündels 12 verläuft (vgl. auch Fig. 2). Die Magnetisierung des Magneten 30 ver­ läuft diametral durch die Ringform und quer zu den Achsen 32 und 34; die Magnetisierungsrichtung ist in der Zeichnung durch die Polbezeichnungen N und S angedeutet. Axial zu der Schwenkachse 32 ausgerichtet sind zwei Schwenkstifte 38 und zwei diese Stifte aufnehmende Edelsteinlager 36 vorge­ sehen. Die Schwenkstifte sind unbeweglich in eine festste­ hende Traganordnung 40 eingelassen, die bruchstückhaft in Fig. 2 gezeichnet ist. Der Permanentmagnet 30 ist auf diese Weise schwingungsfähig gelagert, jedoch ist diese Lagerung nicht Gegenstand der Erfindung und kann auch in anderer Weise ausgeführt sein.

Solange die Magnetspule 28 stromlos ist, wird der Permanent­ magnet 30 durch Federn 42 parallel zu der Lichteintritts­ fläche 16 in Ruhe gehalten; die Federn 42 lassen eine Kip­ pung des Permanentmagneten 30 gegenüber der Fläche 16 um die Achse 32 zu, d. h. in Fig. 1 in Uhrzeigerrichtung oder gegen den Uhrzeiger, wie gestrichelt angedeutet. Die Kipp­ bewegung wird ausgelöst durch Einschalten der Stromversor­ gung für die Magnetspule 28, die im Gleichtakt mit der Wechselstromphase jeweils einen der beiden Pole des Perma­ nentmagneten 30 zum Kippen in Richtung auf die Fläche 16 veranlaßt. Die Schwingungsfrequenz des Permanentmagneten entspricht somit der Frequenz des durch die Leiter 44 zu­ geführten Wechselstroms. Anstelle der Federn 42 können beispielsweise auch Kissen aus weichem Schaumstoff oder ähn­ lich wirkende Mittel verwendet werden.

In dem Permanentmagneten 30 ist ortsfest eine planparallele durchsichtige Platte 46 angeordnet, durch welche der zu der benachbarten Faserbündelfläche führende Abbildungsstrahlen­ gang verläuft. Dadurch, daß die mit dem Permanentmagneten verbundene Platte 46 in diesem Strahlengang in Schwingungs­ bewegungen versetzt wird, bewegt sich das Bild des Gegen­ stands 20 auf der Fläche 16 um einen Betrag hin und her, der von den optischen Kennwerten der Platte 46 und der Größe des Schwenkwinkels abhängt. Besteht die Platte 46 z. B. aus Strontiumtitanat (Brechzahl 2,4) und hat eine Dicke von 1,5 mm, so wird bei einem Schwenkwinkel von etwa 20° eine Bildverschiebung von insgesamt 0,58 mm erzielt. Mit dieser geringen Verschiebung ließ sich in der Praxis eine gute Verbesserung der Abbildung und Unterdrückung von Fehlern herbeiführen. Eine ausreichende Abbildungsverbes­ serung wäre auch schon mit einer Platte 46 aus klarem Glas (Brechzahl 1,8) gleicher Dicke und bei gleicher Schwingwei­ te zu erzielen; die gesamte Bildverschiebung würde dann etwa 0,44 mm betragen.

Um letztlich die gewünschte Wirkung, d. h. ein stationäres Bild des Gegenstands 20 im Auge 26 zu erhalten, ist am Lichtaustrittsende des Fiberskops 10, also in der Nähe der Lichtaustrittsfläche 18, eine der Anordnung an der Licht­ eintrittsfläche 16 entsprechende Anordnung mit genau glei­ chen und genau gleichartig betriebenen Bauelementen, vor allem Magnetspule 28 a, Permanentmagnet 30 a, Federn 42 a, Platte 46 a vorzusehen. Wenn die einander entsprechenden Schwenkachsen 32 und 32 a richtig zueinander orientiert sind und den Magnetspulen 28 und 28 a frequenz- und phasengleiche Wechselströme mit nötigenfalls angepaßter Amplitude zuge­ führt werden, so beseitigen die Schwingungsbewegungen der Platte 46 a die von der Platte 46 auch auf der Lichtaus­ trittsfläche 18 hervorgerufene Bewegung des Bildes des Gegenstands 20, und das Auge 26 empfängt ein stillstehendes Bild des Gegenstands in verbesserter Abbildungsqualität.

Claims (6)

1. Einrichtung zur dynamischen Verbesserung der Abbil­ dungsgüte bei der Bildübertragung durch optische Faserbün­ del, mit einem Objektivlinsensystem zur Projektion eines Bildes auf die Lichteintrittsfläche des optischen Faserbün­ dels, je einer planparallelen, durchsichtigen Platte im Ab­ bildungsstrahlengang unmittelbar benachbart zu der Licht­ eintritts- bzw. Lichtaustrittsfläche des optischen Faser­ bündels und mit elektromechanischen Mitteln zur Erzeugung einer synchronen, harmonischen Bewegung der beiden durch­ sichtigen Platten gegenüber der optischen Achse des Faser­ bündels, dadurch gekennzeichnet, daß die durchsichtigen Platten (46, 46 a) von Permanentmagneten (30, 30 a) getragen werden, die um eine senkrecht zu der op­ tischen Achse (34) des optischen Faserbündels (12) stehende Achse (32) schwenkbar sind und deren Magnetisierungsrich­ tung senkrecht zu der Schwenkachse (32) und zu der opti­ schen Achse (34) des Faserbündels (12) steht, und daß in der Nähe der Lichteintrittsfläche (16) und der Lichtaus­ trittsfläche (18) des optischen Faserbündels (12) Magnet­ spulen (28, 28 a) derart angeordnet sind, daß die schwenkba­ ren Permanentmagnete (30, 30 a) von den Magnetspulen (28, 28 a) bei Wechselstromerregung in Schwingung um die Schwenkachse (32) versetzbar sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Faserbündel (12) verhältnismäßig lang, dünn und flexibel ist, daß es von den Magnetspulen (28, 28 a) umschlossen ist, und daß die Permanentmagnete (30, 30 a) die planparallelen, durchsichtigen Platten (46, 46 a) ringartig umgeben.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (30, 30 a) federnd parallel zu der unmittelbar benachbarten Lichteintrittsfläche (16) oder Lichtaustrittsfläche (18) ausrichtbar sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Parallelausrichtung der Permanentmagnete (30, 30 a) Federn (42, 42 a) vorgesehen sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die planparallelen, durchsichtigen Platten (46, 46 a) praktisch übereinstimmende Brechzahl und Dicke aufweisen.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetspulen (28, 28 a) und die Permanentmagnete (30, 30 a) jeweils praktisch übereinstimmende äußere Form und physikalische Eigenschaften haben.